蛋白質核酸酵素:水中およびアルコール中におけるペプチドの立体構造解析

Short Review
水中およびアルコール中における
ペプチ ドの立体構造解析
木下正弘 ・岡本祐幸 ・平田文男
水溶液 中では伸びた構造 をとるが,ア ル コール を加え るとαヘ リックス構 造への転移 を起こす
多 くのペ プチ ドが知 られ ている,転 移後の構造 はアル コールの種類 によらないが,ア ル コール
の添加効果 は,ア ル コール分子中の炭化水素基 の大きさ とともに増加 する.筆 者 らは,精 密な
統 計力学理論 を用 いて,水 中およびアルコール 中におけ るペ プチ ドの立体構造解析 を行 ない,
上 記の実験事実 を初めて分子論的に説明 した.得 られた結果は,溶 媒 効果 および2次 構 造形 成
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機構 の両 方の解明に大 きく寄与 するものである.
ペ プチ ド α ヘ リ ッ クス 水 ア ル コー ル
は じめ に
学 理 論 を 用 い て,水
β ラ ク トグ ロ ブ リ ンの い くつ か の フ ラ グ メ ン トや メ リ
チ ドの 立体 構 造 解 析 を行 な い,前 記 の 実 験 事 実 を初 め て
チ ンは,水
溶 液 中 で は伸 び た構 造 を と るが,ア
ルコール
を 加 え る と αヘ リ ッ ク ス構 造 へ の 転 移 を起 こす とい う
実 験 事 実 が あ る.さ
中 お よび ア ル コー ル 中 にお け る ペ プ
分 子 論 的 に解 明 す る こ と に 成 功 し た2).本 稿 で は,そ れ
に つ い て 簡 潔 に述 べ る.
ら に ア ル コー ル を加 え続 け て も,転
移 後 の 構 造 は,溶
媒 が ほ ぼ純 粋 な ア ル コー ル に な る ま で
保 た れ て い る.む
ろ ん,そ
ペ プチ ドも多 い が ,概
1.モ デ ル
う した構 造 転 移 を起 こ さ な い
ル コ ー ル は水 に比 べ る と
溶 媒 は,特 定 の 誘 電 率 を もつ 連 続 媒 体 と して扱 わ れ る
ペ プ チ ドに αヘ リ ッ ク ス 構 造 を と らせ る 効 果 が ず っ と
こ と が 多 い.し か し,こ の 連 続 体 モ デ ル で は,溶 媒 効 果
大 きい こ とが 知 られ て い る.実 験 結 果 に よる と,転 移 後
を適 切 に 記 述 す る こ とは で き な い.た
の構 造 は加 え た ア ル コ ー ル の 種 類 に よ らな いが,ア
して,ア
とえ ば,ア セ トニ
ルコ
トリ ル と メ タ ノー ル は,ほ ぼ 同 じ誘 電 率 を もつ が,多
く
ー ル の 添 加 効 果 は ,ア ル コー ル 分 子 中 の 炭 化 水 素 基 の 大
の 溶 質 に 対 して か な り異 な っ た 溶 媒 和 特 性 を示 す.連
続
き さ と と も に 増 加 す る1).す な わ ち,分 子 中の 炭 化 水 素
体 モ デ ル を 用 い た 場 合,溶
基 が 大 きい ア ル コ ー ル ほ ど,少 な い 添 加 量 で 構 造 転 移 を
原 子 間 の クー ロ ン相 互 作 用 を単 に誘 電 率 分 の1に 弱 め る
ひ き起 こす.
とい う効 果 しか もた な い、 まず,原
媒 は ペ プ チ ド分 子 を構 成 す る
子 間 ク ー ロ ン相 互 作
上 記 の 実 験 事 実 は,溶 媒 がペ プ チ ドの 立 体構 造 形 成 に
用 が 誘 電 率 分 の1に な る と い う考 え 方 は,原 子 間距 離 が
多 大 の 影 響 を 及 ぼす こ と を示 す と と もに,ペ プ チ ドや 蛋
原 子 ス ケ ー ル を大 き く こ え る 場 合 に しか あ て は ま らな
白 質 の2次
い.さ
構 造 形 成 機構 の 解 明 に対 す る1つ の 糸 口 を与
ら に,溶 媒 効 果 はペ プチ ド分子 の 立 体 構 造 の み な
え うる もの で あ る.し か し,な ぜ ア ル コ ー ル が そ の よ う
らず,溶
な 効 果 を有 す る か に つ い て は,長 い 間未 解 明 の ま まで あ
媒 の 配 位 ・配 向構 造 に 複 雑 に依 存 す る.
っ た.筆 者 ら は,RISM理
Masahiro
Kinoshita,
Yuko Okamoto.
Theoretical
論*1と よ ばれ る精 密 な統 計 力
京 都 大学 エ ネ ルギ ー理1二学 研 究所
Fumio Hirata,
analysis
of peptide
E-mail
媒 分 子 の 立 体構 造 や,ペ
プ チ ド近 傍 に お け る 溶
溶 媒 を連 続 媒 体 と見 な し,「 ア ル コ ー ル は 水 に 比 べ て
: [email protected]
分子科学研究所
conformations
in water
and in alcohol
蛋 白質 核酸 酵素Vol.46No.6(2001)
713
誘 電 率 が 低 く,ペ プ チ ド分子 中 の ア ミ ド水 素(正 の 電 荷
置 換 し た も の(以 下,単
を もつ)と カ ル ボ ニ ル酸 素(負 の 電 荷 を も つ)間 の ク ー ロ
ド と よ ぶ)で あ る.ペ
ン引 力 相 互 作 用 が,ア
ー タ に はECCEP/2(コ
強 い た め に,ペ
ル コー ル 中 に お け る場 合 の ほ うが
プチ ド分 子 内 水 素 結 合 が 促 進 さ れ,α
にC-ペ
プチ
プ チ ドの エ ネ ル ギ ー 関 数 と パ ラ メ
ー ネ ル 大 学 のScheragaの
プ が 開 発 し た も の で,静
電 項,LJ項,水
グルー
素 結 合 項,ね
ヘ リ ッ ク ス構 造 が 誘 導 さ れ る」 と片 づ け て し ま え る ほ
じ れ エ ネ ル ギ ー 項 か ら な る)に 基 づ く も の を 用 い た.ペ
ど,溶 媒 効 果 は 単 純 で は な い.ア セ トニ トリル はエ タ ノ
ー ル よ り もず っ と大 きい 誘 電 率 を もつ が ,後 藤 ら1)の実
プ チ ドの 立 体 構 造 は,1組
験 結 果 に よ る と,ペ プ チ ドに 対 す る αヘ リ ッ ク ス 構 造
る こ と で 記 述 す る.
の 誘 導 効 果 は,ア セ トニ トリル の ほ うが 大 き い.さ
らに
の 主 鎖(ペ プ チ ド結 合 の 部 位
は 平 面 構 造 を と る と 仮 定 す る)と 側 鎖 の2面
水(H2O)の
charge)を
の 安 定 性 も大 き く変 わ りう る.
酸 素 原 子 の 相 互 作 用 点O,4つ
用 い た.こ
な わ ち,溶 媒 は立 体
0.1nm).ア
構 造 を もつ 分 子 の 集 ま りで あ る.こ
の よ う に扱 って 初 め
タ ノ ー ル(C2H5OH)の2種
ヘ リックス構 造の 誘導 効果 を分 子 論 的 な立場 か
を 用 い た.こ
プ チ ド分 子 の安 定 な 立 体 構 造 を理 論 的 に 推 定 す る こ と も
お よ びHの3つ
可 能 と な る.RISM理
子 はCH3,CH2,0お
た,筆
論 と拡 張 ア ン サ ン ブ ル法 を統 合 し
者 らの ペ プ チ ド構 造 の 第1原
理 的 予 測 法(ア ミノ
四面 体の重 心 に
配 置 さ れ る(O-H間
potentials
の モ デ ル で は,メ
に水
の 距 離 は
タ ノ ー ル(CH3OH)と
類 を 選 定 し,そ
に はOPLS(optimized
point
の 頂 点 の う ち の2つ
ル コ ー ル と し て,メ
ら解 明 で き,ペ プ チ ドと溶 媒 の 任 意 の 組 合 せ に 対 し,ペ
simple
の モ デ ル で は,正
素 原 子 の 相 互 作 用 点Hが
を も原 子 レベ ル で 扱 う点 に あ る.す
て,α
角 を指 定す
モ デ ル に はSPC/E(extended
同 じ溶 媒 で も,ペ プ チ ドが 変 わ れ ば αヘ リ ッ ク ス 構 造
筆 者 らの研 究 の 特 徴 は,ペ プ チ ドの み で は な く,溶 媒
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中 のGlu-9をLeuで
エ
れ らの モ デ ル
for liquid simulations)
タ ノ ー ル 分 子 はCH3,O
の 相 互 作 用 点 か ら な り,エ
よ びHの4つ
タノー ル分
の 相 互 作 用 点 か らな
る.∠COH=108.5°,∠CCO=108.0°
で あ る.エ
タ ノ
下 で,単
に “H”
酸 配 列 と溶 媒 を指 定 す る の み で,経 験 的 要 素 に頼 る こ と
ー ル 分 子 は す べ て トラ ン ス 型 と し た
な く予 測 で き る方 法)に 関 し て は,文 献5を
あ る い は “溶 媒 分 子 中 のH” と 書 い た 場 合,そ
れ ら は水
酸 基 中 の 水 素 原 子 の み を 表 わ す も の とす る.の
ちの 議 論
参 照 された
い.
分 子 を 構 成 す る 各 原 子 の 中 心 に 相 互 作 用 点 を 配 置 し,
点 電 荷 と レ ナ ー ド ・ジ ョ ー ン ズ(LJ)相
タ を 割 りあ て る.分
子1がN1個
の 原 子 か ら な る 場 合,分
は,分
子1中
の 原 子,分
子1と
分 子2の
の 相 互 作 用 点 と 分 子2中
ら ゆ る ペ ア(Nl酌
互作 用 パ ラ メー
子2がN2個
間の 相 互作 用
の 相互作用 点のあ
論 は,以
モ デ ル に 基 づ い て い る.筆
以 上 高 速 で,か
定 で あ る)を 用 い てRISM理
エ タ ノ ー ル 分 子 は メ タ ノ ー ル 分 子 よ り も 大 き い.水,メ
分 子 の 数)の
位 体積 中 に存在 す る
比 は,だ い た い “3.2:1.4:1.0”
エ タ ノ ー ル 中 の 炭 化 水 素 基 は,メ
で あ る.
タ ノー ル 中 の そ れ よ り
も 大 き い.
上 の相 互作 用点
者 ら が 開 発 し た 新 数 値 解 法3)
(従 来 法 よ り も 実 に100倍
タ ノ ー ル 分 子 は 水 分 子 よ り大 き く,
タ ノ ー ル,エ タ ノ ー ル の 数 密 度(単
通 り あ る)間 の 相 互 作 用(静 電+LJ)の
和 と し て 与 え ら れ る.RISM理
で 重 要 に な る が,メ
.以
Ⅱ.溶 媒和 自由エ ネ ル ギー
つ は るか に安
論 の 基 礎 式 を 解 き,分
子 集
溶 媒 和 自 由 エ ネ ル ギ ー Δμsと は,溶
液 中に微量 の溶
団 系 の 原 子 レベ ル の 平 均 構 造 や 種 々 の 熱 力 学 量 を 計 算 す
質 を入れ た場 合 に生 じる 自由 エ ネルギ ー変 化 の過 剰量
る,
(溶質1モ
解 析 対 象 と し て 選 定 し た ペ プ チ ド は,脳
一
一
種
内 ホ ル モ ンの
と し て 知 ら れ る エ ン ケ フ ァ リ ン(ア ミ ノ 酸 配 列:
Tyr-Gly-Gly-Phe-Met)と,リ
グ メ ン トの1つ
ボ ヌ ク レ ア ー ゼAの
で あ るC-ペ
プ チ ド(ア ミ ノ 酸 配 列:Lys-
Glu-Thr-Ala-Ala-Ala-Lys-Phe-Glu-Arg-Gln-His-Met)
*1
RISM(reference
デ ル に 基 づ き,統
interaction
714
site model)理
質 が 無 限 希 釈 で 存 在 す る 場 合 を 考 え る.Δ μsは,溶
論 は,分
疎 溶 媒 性)を 表 わ す も の と 解 釈 で き,Δ μsの 値 が 高 い ほ
ど,疎 溶 媒 性 が 高 くな る(Δμsの 値 が 低 い ほ ど,親 溶 媒
子 性 流 体 用 の 積 分 方 程 式 論 の1つ
だ し,XとYの
で あ る.「Ⅰ.モ
互 作 用 点 問 の 種 々 の 相 関 関 数 を 定 義 し つ つ,そ
体 の 原 子 レベ ル の 平 均 構 造 や 種 々 の 熱 力 学 量 が,こ
蛋 白 質 核 酸 酵 素Vol.46No.6(2001)
媒
が 溶 質 を どの く ら い歓 迎 す る か の 程 度(親 溶 媒 性 ま た は
性 が 高 くな る).た
計 力 学 の 基 本 原 理 に 従 っ て,相
導 出 し た も の で あ る.流
フラ
ル あ た りに換 算 した も の)で あ り,こ こで は溶
値 の正負 にか かわ ら
デ ル」 中 で述 べ る相 互 作 用点 モ
れ らが 満 た すべ き関係 式 を近 似 的 に
れ ら の 相 関 関 数 か ら 計 算 で き る.
ず,“X<Y”
が 成 立 す る 場 合 に は,“Yの
りも高 い”と表 現 す る.Δ μsは,溶
値 はXの
値よ
質分 子 の 立 体 構 造 に
び メ タ ノー ル 中 に お け る 溶 媒和 自 由 エ ネ ル ギ ー の 計 算 値
(kcal/mol)
よ って 変 化 す る.
Δμsは,溶
エ ンケ フ ァ リン の4通 りの 構 造 に対 する 、水 中 お よ
表1
媒 中 に 溶 質 分 子 を ち ょ う ど収 容 す る こ と
の で き る大 き さ の 空 孔 を生 成 す る た め に 必 要 な 仕 事(項
1)と,収
容 した 溶 質 分 子 と周 りの 溶 媒 分 子 との 相 互 作 用
エ ネ ル ギ ー(項2)の 和 と し て 解 釈 で き る.項1は
正で あ
り,そ の絶 対値 は複 数 の 因子 に依 存 す る が,溶 媒 分 子 が
小 さ くて溶 媒 の 数 密 度 が 大 きい ほ ど高 い値 に な る と考 え
て よ い.項2は
負 で あ り,点 電 荷 の 絶 対 値 が 大 きい 原 子
が 露 出 して い る 場 合 に は,そ
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項2の
,エ ンケ フ ァ リン を構 成 す るす べ て の原 子 の 点 電荷 を ゼ ロ
に した 仮想 的 な 場 合 を 表 わ す.最 大 差 と は,4通 りの 構 造 間 に お
け る 溶 媒和 自 由エ ネ ル ギ ーの 差 の最 大 値 の こ とで あ る.
れ らが 溶 媒 分 子 のHやO
と静 電 引 力 相 互 作 用 に よ っ て 安 定 化 す る ため,か
い 値 に な る.項1と
“
-0”は
な り低
ど ち ら が 優 る か に よ っ て,
ン を 構 成 す る す べ て の 原 子 の 点 電 荷 を ゼ ロ に し,エ
フ ァ リ ン を 完 全 な 疎 水 性 に し た 仮 想 的 な 場 合 を 表 わ す.
Δμsの 正 負 が 決 ま る.
“ペ プチ ド分 子 中 の あ る 原 子 か ら の Δ
μsへ の 寄 与 ”と
い う量 も定 義 して お く.ペ プ チ ド分 子 の Δμsは,分 子
表1か
ら わ か る よ う に,メ
は,水
中 の そ れ よ り も ず っ と 小 さ い.エ
を構城 す る あ ら ゆ る 原 子 か ら の寄 与 の和 と して考 え る こ
増 加 量 は,水
とが で きる.あ
い).構
るペ プ チ ド原 子 か らの Δμsへ の 寄 与 は,
タ ノ ー ル 中 の Δμsの 絶 対 値
点 電 荷 を す べ て ゼ ロ に し て も,メ
造4の
露 出度 が よ り低 い 場 合 に は,そ
mol,C2H5OH-0の
子 と の引 力 相 互 作 用 に よ る安 定 化 が 妨 げ られ るの で,寄
与 は よ り高 い 値 に な る.
強 ま る こ と が わ か る.
Nお
ペ プ チ ド分 子 中 の 原 子Aの
中 の 原 子Bの
子Bが
原 子Aに
い.NABも
B間
配 位 数NABは,平
い う2つ
ミ ド窒 素
の 原 子(主 鎖 中 の
媒 分子
積 あ た り の 溶 媒 原 子Bの
と え ば,A-
大 き く な る が,
露 出 度 が 低 い ほ ど 小 さ く な る.ま
た,単
数 ρBが 多 い ほ ど,NABは
媒 分 子 中 のHに
注 目 す る と,水,メ
タ ノ ー ル の 場 合 の ρB(B=H)の
い “6.5:1.4:1.0”
もつ エ ン ケ フ
の 大 き な 点 電 荷 を もつ,ア
よ び カ ル ボ ニ ル 酸 素Oと
タ ノー
接 触 して い る か を 表 わす と考 え て よ
の 引 力 相 互 作 用 が 強 い ほ どNABは
く な る.溶
な る.メ
で述 べ た 傾 向 が 少 し
均 的 に 見 て い くつ の 原
種 々 の 因 子 に 複 雑 に 依 存 す る.た
原 子Aの
ル,エ
周 り に お け る,溶
タ ノー ル 中 に
示 す よ う な 伸 び た 構 造(構 造4)を
ァ リ ン に お い て,負
度にす ぎな
場 合 が51kcal/
場 合 が67kcal/molと
ル を エ タ ノ ー ル に 置 き 換 え る と,上
Ⅲ.配 位 数
タ ノ ー ル 中 の Δμsの
エ ン ケ フ ァ リ ン に 対 し,エ
お け る Δ μsを 計 算 す る と,C2H5OHの
図1に
ンケ フ ァ リ ン の
中 の そ れ よ り も 小 さ い(70%程
そ の 原子 の 露 出 度 な どの 種 々 の 因 子 に複 雑 に依 存 す る.
の 原 子 と溶 媒 分 子 中 の 原
ンケ
値 の 比 は,だ
位体
大 き
タノー
い た
で あ る.
Ⅳ.解 析結果および考察
比 較 的 大 き く異 な る4通
ン に 対 す る,水
りの構 造 を もつ エ ンケ フ ァ リ
中 お よ び メ タ ノ ー ル 中 にお ける 溶 媒 和 自
図1
エ ンケ フ ァリンの 立体構 造(構 造4)
N(Gly-2)はGly-2の
由 エ ネ ル ギ ー Δμsの 計 算 値 を 表1に
列 目 のH2O-0と5列
目 のCH3OH-0)は,エ
示 す.表 中 の “-0”(3
ンケ フ ァ リ
主 鎖 中 の ア ミ ド 窒 素,O(Phe-4)はPhe-4
の 主 鎖 中 の カ ル ボ ニ ル 酸 素,C(Phe-4)はPhe-4の
側鎖中の炭素
を 表 わ す.
蛋 白質 核酸 酵素Vol.46No.6(2001)
715
表2
構 造4の
エ ン ケ フ ァ リ ン に 対 す る,水,メ
お よ び エ タ ノ ー ル 中 の 溶 媒 和 自 由 エ ネ ル ギ ー:代
タ ノー ル
表3
表 的な 原
素 お よびカル ボニ ル酸素 と い う2つ の 親水 原子)の 周 りの 溶
構 造4の
原 子 は,上 か ら順 に,Gly-2の
主鎖 中 の ア ミ ド窒 素,Phe-4の
鎖 中 の カ ル ボ ニ ル 酸 素(以 上 は 親 水 原 子)、Phe-4の
素(こ れ は疎 水 原 子)を 表 わ す(図1参
ロ に した 仮 想 疎 水 原 子 を表 わ す.
照).*は,サ
イ ト電荷 を ゼ
NAB(ratio)は,メ
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ら に,点
露 出 度 は,他
べ る と ず っ と 低 い.こ
れ ら3つ
の2つ
の疎水 炭
の 原子 に 比
の代 表 的 な原 子 か らの
よ び こ れ ら の 原 子 近 傍 にお け る 溶 媒
の 配 位 構 造 を 解 析 し た.
の3つ
す.表2に
のNとOの
2つ の 親 水 原 子(NとO)か
な っ て い る.次
ら の 寄 与 は,ア
示 す.表
ー ル の 場 合 の 値 を1に
く に,
ル コ ー ル 中 で は正 に
に,A=0,N;B=Hに
の 計 算 値 を 表3に
す,ま
タノール中で は よ
タ ノ ー ル 中 で は さ ら に 高 く な る.と
露 出 度 の 低 いNか
ず,
ら の 寄 与 に つ い て 考 え る.こ
中 で は 当 然 負 で あ る が,メ
り高 く な り,エ
対 す る 配 位 数NAB
中 の “MB(ratio)”
は,メ
タノ
規 格 化 した 場 合 の 相 対 値 を 表 わ
ず,MB(H2O)>MB(CH3OH)〉NAB(C2H5OH)が
立 し て い る.こ
成
れ は お も に溶 媒 分 子 中 の 水 素 原 子 の 数
密 度 ρBが,ρB(H20)>ρB(CH30H)>ρB(C2H50H)を
た す こ と に 起 因 す る.ま
成 立 し て い る が,こ
場 合 の ほ う がA=0の
満
た,NAB(A=N)<NAB(A=0)が
れ はNの
低 い か ら で あ る.NAB(ratio)の
露 出 度 がOの
場 合 よ り も 大 き い.こ
ペ プ チ ド分 子 中 のNま
た はOと
作 用 に よ る 安 定 化 が 妨 げ ら れ る 効 果 が,露
に 対 し て 大 き く 出 る た め で あ る.こ
れ はアル コ
媒 分子 中
の静電 引力 相互
出 度 の 低 いN
の 効 果 は,メ
タ ノー
ル の 場 合 よ り も エ タ ノ ー ル の 場 合 の ほ うが 大 き い.以
次 に,表2に
716
考 え る.こ
れ は 水 中 で は 正 で あ る が,メ
よ り低 く な り,エ
理 由 は,ア
タノール中では
タ ノ ー ル 中 で は さ ら に 低 く な る.そ
の
ル コ ー ル 分 子 が 水 分 子 よ り 大 き く(か つ,ア
ル コ ー ル の 数 密 度 く 水 の 数 密 度),空
孔 生 成 に 要 す る仕
上
示 し た 結 果 に 反 映 さ れ て い る.
お け る 疎 水 炭 素 原 子 か らの 寄 与 に つ い て
蛋 白質 核 酸 酵 素Vol.46No.6(2001)
ま た,ア
ル コ ー ル 分 子 中 に は,ア
ル コー ル 分 子 問の 水 素
結 合 に 参 加 で き な い 炭 化 水 素 基 が あ り,こ
中 の 疎 水 原 子 と が,LJの
さ れ る た め で あ る.こ
れ とペ プ チ ド
引力 相 互作 用 に よって安 定化
れ ら の 効 果 は,メ
タノールの場合
よ り も エ タ ノ ー ル の 場 合 の ほ う が 大 き い.実
水 炭 素 原 子 の 周 り に お け る,CH3お
NABを
よ びCH2の
の疎
配位 数
計 算 す る と,ρB(CH3OH)>ρB(C2H5OH)で
の に,NAB(B=CH3OH中
のCH2)と
ル 分 子 中 のCH2やCH3の
ほ う が,メ
り も,疎
顕 著 で あ る.最
あ る
のCH3)<NAB(B=C2H5OH中
CH3)<NAB(B=C2H5OH中
CH3よ
際,こ
水 原 子 と のLJ相
後 に 表2に
る 安 定 化 が 妨 げ ら れ る.結
な っ た.エ
タ ノ ー
タノー ル分 子 中の
互作 用 に よる安 定化 が
お け る,2つ
か ら の 寄 与 に つ い て 考 え る.露
の
の仮 想疎 水原子
出 度 が 小 さ い 場 合,炭
で 述 べ たLJ相
果 と し て,寄
化
互作 用 に よ
与の値 は メタノ
ー ル 中 よ りもエ タノ ー ル 中 の ほ うが 少 し高 くな っ て い る
溶 媒 間 の 差 は,A=Nの
,溶
の 特 性 は,表2に
主 鎖 中 の カル ボ ニ ル 酸 素 を
照).
水 素 基 の 立 体 障 害 に よ り,上
そ れ よ りも
ール分子 中の炭化水 素基の立体障 害に よ り
のHと
示
点 電 荷 を ゼ ロ に し た,
仮 想 疎 水 原 子 に 対 す る 計 算 結 果 を も 含 め て あ る.ま
れ ら は,水
規
主鎖 中の
事 が ア ル コ ー ル の 場 合 の ほ う が 小 さ く な る た め で あ る.
の 原 子 か ら の Δμsへ の 寄 与 を 表2に
は,図1中
値 を1に
電荷 が ほ ぼ
ェ ニ ル ア ラ ニ ン の 側 鎖 中 の1つ
素 原 子 に 注 目 す る.Nの
タ ノ ー ル 水 素 原 子 に 対 す るNABの
格 化 した 場 合 の 相 対 値 を 表 わ す.N(Gly-2)はGly-2の
ア ミ ド窒 素,O(Phe-4)はPhe-4の
典 型 的 な 親 水 原 子)に 注 目 す る.さ
図1中
ミ ド窒
主
側鎖 中の炭
表 わ す(図1参
Δμsへ の 寄 与,お
子A(ア
媒 水素 原子Bの 配位 数NAB
子 か ら の 寄 与(kcal/mol)
ゼ ロ に 近 い,フ
エ ン ケ フ ァ リ ン に お け る,原
(炭 化 水 素 基 の 立 体 障 害 は エ タ ノ ー ル の 場 合 の ほ う が 大
き い).
ペ プ チ ド分 子 は,構
造 エ ネ ル ギ ーEcが
い 構 造 を と ろ う と す る.一
方,溶
媒 は,溶
で きるだ け低
媒和 自由エ ネ
ル ギ ー Δμsが で き る だ け 低 く な る 構 造 を ペ プ チ ド分 子
に と ら せ よ う と す る.溶
媒 中 に お け る ペ プ チ ド分 子 の 最
安 定 構 造 は,Ecを
最 低 に す る 構 造 で は な く,Ecと
の 和(こ れ をETで
表 わ す)を 最 低 に す る 構 造 で あ る.エ
Δμs
ン ケ フ ァ リ ン の 伸 び た 構 造(構 造4;分
有 し な い)のETは,真
い 。 し か し,メ
り も,水
中 で は7kcal
く
な る に す ぎ な い.エ
タ ノ ー ル 中 で は,2つ
同 じ 値 に な る.C-ペ
プ チ ドの 伸 び た 構 造(分 子 内 水 素 結
合 を 有 し な い)のErは,水
よ り87kcal/molも
ほぼ
中 で は α ヘ リ ッ ク ス 構 造 のET
低 い が,メ
タ ノ ー ル 中 で は15kcal/
く な る に す ぎ な い.分
は,ア
ル コ ー ル 中 で は 水 中 に お け る 場 合 よ り も ず っ と安
子 内水 素 結 合 を有 す る 構 造
定 化 さ れ る こ と が わ か る.
概 し て,ペ
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る.ア
プ チ ド分 子 中 の 疎 溶 媒 原 子 の “疎 溶 媒 性 ”
溶 媒 原子 が 露 出 す る ペ プ チ ド
構 造 は 許 さ れ や す く な り,親
溶 媒 原 子 が 露 出 す る構 造 を
と る こ と は そ れ ほ ど 重 要 で な く な る.水
チ ドの Δμsは,ペ
す る4,5)が,ア
中におけるペプ
プ チ ド分 子 構 造 に よ っ て 大 き く変 化
ル コ ー ル 中 で は,変
小 さ く な る.ア
溶媒原 子
ル コ ー ル 中 で は 水 中 よ りも 低 く な
ル コ ー ル 中 で は,疎
溶 媒 原 子 を露 出 させ る こ とが そ れ
ほ ど 重 要 で な く な る.溶
媒和 自由 エ ネ ル ギ ー が ペ プ チ ド
の 構 造 に よ っ て あ ま り 変 化 し な く な り,構
造エ ネルギ ー
が ペ プ チ ド の 構 造 安 定 性 を よ り支 配 す る.
中 に 比 べ る と,ペ
子 内 水 素 結 合 に よ っ て構 造 エ ネ ル ギー 的 に 自 ら最 も安 定
化 で き る 構 造(α ヘ リ ッ ク ス 構 造 は そ の 典 型 例)を
ル コ ー ル 中 で は,ペ
化 の度合 いはず っ と
プ チ ドは 分 子 内 水 素
(5)以 上 の 効 果 は,ア
か し,ペ
プ チ ドが 構 造 エ ネ ル
ギ ー 的 に 自 ら 最 も 安 定 化 で き る 構鎧 は,ア
ル コー ル の種
類 に よ ら な い.
以 上 の 結 果 は,「
は じめ に 」 の 第1段
落 で述 べ た 実 験
事 実1)を す べ て 説 明 で き て い る.
β シ ー ト構 造 も,分
て お り,構
子 内 水 素 結 合 で か な り安 定 化 さ れ
造 エ ネ ル ギ ー は 低 い.β
シ ー ト構 造 が α ヘ
リ ッ ク ス 構 造 よ り も低 い 構 造 エ ネ ル ギ ー を 与 え る ペ プ チ
ドの 場 合,ア
構 造(α ヘ リ ッ ク ス 構 造 は そ の 典 型 例)を
の 転 移 が 見 ら れ う る も の と 考 え ら れ る.実
の 傾 向 は,ア
とろ
ル コー ル 分 子 中 の 炭 化 水 素 基 の 大
き さ と と も に 強 く な る.し
結 合 に よ っ て 構 造 エ ネ ル ギ ー 的 に 自 ら最 も安 定 化 で き る
る.こ
プ チ ドが 分
う と す る 傾 向 が ず っ と 強 ま る.
ル コ ー ル 中 で は 水 中 よ り も低 く な り,親
の “親 溶 媒 性 ”は,ア
許 さ れ や す く な り,親
溶 媒 原 子 を露 出 さ せ る こ と が
(4)ア ル コ ー ル 中 で は,水
mo1低
は,ア
プ チ ド分 子 中 の 疎 水 原 子 と,LJ
(3)ア ル コ ー ル 中 で は,疎
タ ノ ー ル 中 で は1kcal/mol低
のETは
な い 炭 化 水 素 基 が,ペ
の 引 力 相 互 作 用 に よ る 安 定 化 を 起 こす た め で あ る.
空 中 の 最 安 定 構 造(構 造1;3つ
の 分 子 内 水 素 結 合 を も つ)のETよ
/mol低
子内水素 結合 を
と ろ う とす
ル コ ー ル分 子 内 の炭 化 水 素 基 の大 き
ル コ ー ル の 添 加 に よ っ て,β
よ ば れ る ペ プ チ ド(ア
ロ エ タ ノ ー ル(TFE)の
おわ りに
定 化 さ れ る6).一
以 上 を要 約 す る と次 の よ う に な る.
加 に よ っ て,β
(1)ペ プ チ ド分 子 中 の 親 溶 媒 原 子 の “親 溶 媒 性 ”は,ア
ル
際,BH8と
ミ ノ 酸 配 列:Arg-Gly-Ile-Thr-
Ⅴal-Asn-Gly-Lys-Thr-Tyr-Gly-Arg)で
さ と と も に 強 ま る.
シ ー ト構 造 へ
は,ト
リ フ ル オ
添 加 に よ っ て β シ ー ト構 造 が 安
方,β
ラ ク トグ ロ ブ リ ン は,TFEの
添
シ ー ト構 造 か ら α ヘ リ ッ ク ス 構 造 へ の
転 移 を 起 こ す7).そ の 理 由 は,β
ラ ク トグ ロ ブ リ ン で は,
コ ー ル 中 で は水 中 に お け る場 合 よ りも小 さ くなる.そ の
β シ ー ト構 造 の 構 造 エ ネ ル ギ ー よ り も α ヘ リ ッ ク ス 構
原 子 の 露 出 度 が 小 さ い場 合 に は と く にそ うで あ る.そ の
造 の そ れ の ほ う が 低 い か ら で あ ろ う(β シ ー ト構 造 は,
理 由 は,ア
ル コ ー ル の 場 合 に は,単 位 体 積 あ た りのH
水 の 効 果 に よ っ て 形 成 さ れ て い る も の と 考 え ら れ る).
お よ びOの
数 が よ り少 な く,か つ,炭
障 害 が あ る た め,ペ
ま た はOと
化水 素基 の立 体
プ チ ド分 子 中 の 親水 原子 と溶 媒 のH
の 静 電 引 力 相 互 作 用 に よ る安 定 化 が よ り起
従 来 か ら,生
体 高 分 子 に 関 連 し た 問 題 は,複
分 子 科 学 の 手 の 届 か な い も の で あ る と 信 じ ら れ て き た.
し か し,統
計 力 学,数
値 解 析 技 術,お
こ りに く く な る か らで あ る.
速 に 進 展 し て お り,そ
(2)一 方,疎
解 決 で き る 状 況 に な り つ つ あ る5).本
溶 媒 原 子 の “疎 溶 媒 性 ”は,ア ル コー ル 中 で
コ ー ル 効 果 の 分 子 論 的 解 明 は,そ
度 が 大 きい場 合 に は と くに そ う で あ る.1つ
重 要 な 意 味 を も つ.筆
ア ル コ ー ル 中 で は 溶 媒 分 子 の 数 密 度 が よ り小 さ い(か
つ,ア
ル コー ル 分 子 は水 分 子 よ り も大 きい)た め に,空
孔 生 成 に要 す る 仕 事 が よ り小 さ くな るか らで あ る.も
う
1つ の理 由 は,ア ル コ ー ル 分 子 問 の水 素 結 合 に参 加 で き
よ び計 算 科 学 が 急
れ ら の 問 題 を 原 子 ・分 子 レ ベ ル で
は 水 中 に お け る場 合 よ り も小 さ くな る.そ の原 子 の露 出
の 理 由 は,
雑 す ぎて
稿 で 紹 介 した ア ル
の 第 一 歩 と して 非 常 に
者 ら は,RISM理
論お よびそ の基
礎 式 を 解 くた め の 数値 解 法 の さ らな る 改 良 を進 め る と と
も に,解
析 対 象 を ペ プ チ ドか ら 蛋 白 質 や 核 酸 に ま で 拡 張
す る こ と を 検 討 中 で あ り,す
で に か な り明 る い 見 通 し を
得 て い る 。 さ ら に,RISM理
論 で は,溶
蛋 白 質 核 酸 酵 素Vol.46No.6(2001)
媒 と し てNaCl
717
な どの 塩 の 水 溶 液 を扱 うこ と もで き,生 体 高 分 子 の 挙 動
に 及 ぼ す 塩 効 果 の解 析 も可 能 に な る もの と期 待 さ れ る.
5)木
下 正 弘 ・岡 本 祐 幸 ・平 田 文 男:生
6)
Ramirez-Alvarado, M., Blanco, F.J., Serrano, L. : Nature
Struct. Biol., 3, 604-612 (1996)
Shiraki, K., Nishikawa, K., Goto, Y. : J. Mol. Biol., 245, 180194(1995)
7)
1)
Hirata,
N., Mizuno, K., Goto, Y.:
J. Mol. Biol.,
275, 365-378
木 下正 弘
(1998)
2)
Kinoshita,
122,
M., Okamoto,
Y., Hirata,
F.: J. Am. Chem.
Soc.,
Kinoshita,
4)
Kinoshita.
略歴:1979年
京 都 大 学 大 学 院 修 士 課 程 修 了,工 学 博 士,1989
年 か ら京 都 大 学 助 教 授.2000年
2773-2779(2000)
3)
M., Okamoto,
Y., Hirata,
F.: J. Comput.
Chem.,
併 任.研
究 テ ー マ:現
度 分 子科 学研 究所 助教授 を
在,積 分 方 程 式 論 を 軸 に した 物 質 複
合 系 の 非 線 形 挙 動(水 溶 液 中 の 蛋 白 質 立 体 構 造 形 成,両 親 媒
18,1320-1326(1997)
120,
物 物 理,40,374-378
(2000)
M., Okamoto,
Y., Hirata, F.:
J. Am. Chem.
Soc.,
性 分 子 の 自 己 組 織 化,液 中 微 粒 子 間 相 互 作 用,金
属-水 溶 液
界 面 の 構 造)に 関 す る研 究 を行 な う,
1855-1863(1998
●information
Database Center for Life Science Online Service
ラ イ フサ イエ ン ス お よび 宇 宙 医 学 分 野 の 国 際 宇 宙 ス テ ー シ ョン等 利 用 研 究 テ ー マ 2001年
応 募 資 格:提 案 内容 を適切 に 実施 で きる能 力 を 有 し,宇 宙 開発 事
業 団(NASDA)の
業 務 委 託 先 で あ る(財)日 本 宇 宙 フ ォ ー ラ ム
(JSF)と の研 究 契 約締 結 が 可能 であ る こ と.応 募 者 の 国籍,所
属 機 関 の 所在 地(国 内外)は 問 い ませ んが,国 外 機 関か らの 提 案
実 施 に か か る 費用 をNASDAが
負 担 す る こ と はあ りませ ん.
選 定:NASDAに
よ る事 前 評 価,国 際 評 価 パ ネ ル に よ る 科 学 評
価,技 術(搭 載性)評 価,参 加 各 機 関の 方 針 に基 づ く再 評 価,国
募集
国際 公募
際 会 合 で の 審 議 ・承 認 の プ ロ セ ス を 経 ま す.
予 算:NASDAの
支 援 等.詳 細 は 下 記 ホ ー ム ペ ー ジ を ご 覧 くだ さ い.
応 募 受 付 期 間:平
成13年4月
末 ∼7月
末予 定
問 合 せ 先:(財 旧 本 宇 宙 フ ォ ー ラ ム(JAPAN
SPACE
FORUM)
公 募 研 究 推 進 部 ラ イ フ サ イ エ ン ス 国 際 公 募 事 務 局
担 当:福 井 Tel.03-3459-1653 FAX03-5470-8426
E-mail : [email protected] http://www2.jsforum.or.jp/
東京大学大学 院理 学系研 究科 生物化 学専攻 研 究室 説明会
平成14年 度 生物 化学 専 攻修 士 課程 入 学試 験 が 平 成13年8月下
旬
に実 施 され る 予 定 です.例 年,学 外 の 多 くの 方 か ら入学 試 験 あ る
い は生 物 化 学専 攻 に関 す るお 問合 せ を いた だ き ます.そ こ で,こ
の試 験 の 受験 希望 者 を対象 と した研 究室 説 明 会 を以下 の 要 領 で 行
ない ます.学 内外 か らの受 験 希望 者 の積 極 的 な参 加 をお 待 ち して
い ます.参 加 を希 望 され る方 は,あ らか じめ 葉書 で 住 所 ・氏 名 ・
所 属 ・連絡 先 を明 記 の う え,下 記 までお 申 し込み くだ さ い.
日時:平 成13年5月12日(土)9:30∼16:00
場所:東 京 大 学 弥 生 講堂(東 京 都 文 京区 弥 生1-1-1/Tel.03-5841-
8205)
説明 会 の 内容:生 物 化 学 専攻 の 指 導 教 官 を 務 め て い る大 学 院理 学
系 研 究科,大 学 院総 合 文化 研 究 科,大 学 院 医 学 系研 究 科,大 学
院農 学系 研 究 科,医 科 学研 究 所,分 子細 胞 生 物 学研 究 所,遺 伝
子 実験 施 設の 各教 官 が そ れぞ れ の研 究 室 の概 要 につ いて 紹 介 を
行 ない ます.
参 加 申込 先:〒113-0033 東京 都 文 京 区 本郷7-3-1
東 京大 学 大 学 院理 学系 研 究 科 生物 化 学 専 攻 専 攻 主 任 宛
http://www.biochem.s.u-tokyo.ac.jp
●symposium
創立10周
年 記 念 事 業 NAIST東
情 報 生 命 科 学 へ の 挑 戦―
日 時:平
成13年5月11日(金)13:00∼17:30
会 場:砂
防 会 館 別 館1F「
シ ェ ー ン バ ッ ハ ・サ ボ ー 」(東 京 都 千 代 田 区 平 河 町2-7-5)
◆ 基 調 講 演:生 命 科 学 の発 展 と情 報 化
松 原謙一(バ イ オサ イエ ンス)
◆ 情 報 生 命科 学 の 研 究:
生 命 現 象 の情 報 シ ステ ム的 理解 に向 けて 石井 信(情 報 科 学)
ゲ ノム 配列 情 報 か ら遺伝 子 機 能 ネ ッ トワー クへ 小笠 原 直 毅(バ イ オサ イエ ン ス)
タ ンパ ク質の 設 計 工 学 をめ ざして 片 岡幹 雄(物 質 創 成 科 学)
◆ パ ネル 展 示 デ モ 実演(情 報 科学,バ イオ サ イエ ン ス,物 質 創
成 科学)
◆ 産学 連 携 の 窓 口(NAIST発
の技 術 紹 介)
718
蛋白質 核酸
酵 素Vol.46No.6(2001)
京 シ ンポ ジ ウ ム
情報 ・バイオ ・物質研究の融合
人 数:200名(先
着 順)参
加 費:無
問 合 せ 先:〒630-0101 料
奈 良 県 生 駒 市 高 山 町8916-5
奈 良先 端科 学 技術 大学 院 大学 研 究 協 力 部 研 究 協 力 課
学術 支援 担 当
Tel.0743-72-5077 E-mail
FAX07A3-72-5015
: [email protected]
http://nara.aist-nara.ac.jp/
*人 数 把 握 の 都 合 上,事
前 申 込 み に ご 協 力 お 願 い し ま す.本
ホ ー ム ペ ー ジ 上 か ら オ ン ラ イ ン 申 込 み が で き ま す.
*5/12(土),同
会 場 に て 学 生 募 集 説 明 会 を 開 催 い た し ま す.
学